行星轮系广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域。齿面啮合产生的应力、冲击往往造成齿轮失效,如轮齿折断、齿面磨损等,因而有必要对行星轮系进行强度校核。本文以行星轮系仿真为例,详细讲解Ansys Workbench瞬态动力学分析流程。
Fig. 2 行星齿轮传动
在Solidworks环境中,构建行星轮系CAD模型,保存为x_t格式。打开 Workbench,拖入Geometry,设置Units为mm。右击Geometry,选择并进入DM界面,通过Import External Geometry File导入模型,右击Attacxh1,选择Generate生成模型。
2材料与单元属性
关闭DM界面,拖拉Transient Structural至Geometry上。双击Engineering Data,材料选用结构钢。双击Model,进入Mechanical界面,展开Geometry修改刚度属性Stiffness Behavior,将内齿圈、行星架设置为Rigid,将太阳轮、行星轮设置为Flexible。
右击模型树Mesh,插入1个Method,划分方法设置为多区MultiZone,图形区选中太阳轮和行星轮,点击下方列表中的Apply,设置Element Size为5mm。右击Mesh,选择Generate Mesh,生成网格模型,检查网格质量Quality,如下图所示。
Fig. 5 行星轮系有限元网格划分
1) 设置齿面接触。太阳轮与行星轮、行星轮与内齿轮均设置为无摩擦接触。接触面选择所有的主动轮啮合面,目标面选择所有的从动轮啮合面。其中,选择方法请参考:操作技巧 | Ansys Workbench快速选中点边面体。
Fig. 8 设置关节角速度
求解完成后,进入结果后处理,单击Equivalent Stress可以获得整个分析过程中的应力云图及曲线。也可以通过添加接触工具,查看接触压力云图等。
Ansys Workbench行星轮系瞬态动力学计算量较大,可以仿真转动两三个齿即可,为提高计算的准确性,可以将这两三个齿进行网格局部加密,以便更加接近真实解。